Fotogrametria vs. LiDAR para Mapeamento Aéreo
No mundo do levantamento topográfico, existem várias técnicas para coleta de dados. A tecnologia que você usa depende muito da finalidade dos dados. Em relação ao mapeamento aéreo, duas tecnologias se destacam como as mais utilizadas e, frequentemente, as mais eficazes: fotogrametria e LiDAR.
Então, digamos que você tenha um projeto de mapeamento com UAV se aproximando e esteja se perguntando qual dessas técnicas é a melhor para usar. Você veio ao lugar certo, pois analisaremos o que cada método faz e para que é mais bem utilizado.
O que é Fotogrametria?
Fotogrametria refere-se à atividade de tirar várias fotografias em diferentes ângulos e com sobreposições variadas, e então usar software especializado para construir mapas 2D, ortomosaicos, modelos 3D e DEMs, entre outras saídas. A fotogrametria tem sido praticada há muito tempo com aeronaves tripuladas, mas a invenção dos sistemas UAS a tornou ainda mais acessível a indústrias que antes não podiam arcar com ela.
O que é LiDAR?
LiDAR significa Light Detection and Ranging (Detecção e Alcance da Luz), uma tecnologia que se baseia em feixes de laser para medir distâncias. Uma carga útil LiDAR é acoplada a um sistema de aeronave, e os espelhos oscilantes enviam feixes de laser para o objeto que precisa ser capturado em intervalos específicos.
Este sistema então mede a distância que o feixe percorre uma vez que é refletido de volta do objeto. O LiDAR gera nuvens de pontos que formam a forma exata do objeto capturado. No entanto, o LiDAR não funciona sozinho. Para ser eficaz, sistemas GPS ou GNSS devem estar em vigor, assim como uma IMU (Unidade de Medição Inercial) precisa.
Fotogrametria vs. LiDAR: Quais são as Diferenças?
Agora que sabemos como ambas as tecnologias funcionam, vamos compará-las com base nos fatores a serem considerados ao escolher um método de mapeamento aéreo.
Precisão
Geralmente, os dados LiDAR são mais precisos do que os da fotogrametria, e a diferença decorre de como os dados são coletados. Para a fotogrametria, contamos com câmeras para tirar as fotos. No entanto, é possível coletar dados imprecisos em condições nubladas, pouca iluminação ou áreas com vegetação muito densa.
A carga útil utilizada também afeta a precisão dos dados coletados. Cargas úteis profissionais com obturadores mecânicos, como os encontrados no DJI Mavic 3 Enterprise, seriam um excelente ponto de partida se você deseja dados de fotogrametria precisos. Embora você possa usar sistemas PPK e RTK para melhorar a precisão dos dados de fotogrametria, os fatores mencionados anteriormente ainda se aplicam.
Por outro lado, como o LiDAR depende do envio de pulsos, os dados obtidos tendem a ser mais precisos. Isso ocorre porque esses pulsos atravessarão nuvens e até mesmo vegetação densa. No entanto, esses pulsos não atravessam objetos sólidos, então, se a luz não puder passar, os sistemas LiDAR não serão eficazes.
Cobertura
A quantidade de terreno que qualquer um desses sistemas pode cobrir depende da plataforma que você está usando. Em alguns casos, a fotogrametria pode cobrir mais terreno, especialmente ao usar drones de asa fixa, VTOL ou eVTOL que podem voar em altitudes mais elevadas e por mais tempo. Você poderia cobrir ainda mais terreno com LiDAR ao voar em altitudes mais elevadas, já que o LiDAR às vezes tem um campo de visão maior, mas você poderia comprometer a qualidade dos dados coletados.
Para a mais alta precisão dos dados LiDAR, é aconselhável voar lentamente e em altitudes mais baixas, cobrindo menos terreno por vez. Além disso, você também deve considerar a área em que está voando. Na Europa, por exemplo, a altitude máxima que você pode voar na categoria aberta é de 120 metros; voar mais alto exigirá uma licença ou aprovação especial.
Para cobrir mais terreno com ambas as técnicas, você poderia usar vários drones com um planejamento de frota adequado para evitar colisões. No futuro, enxames de drones podem ser a norma, onde você pode controlar vários drones para mapeamento ou qualquer outra atividade a partir de um único centro.
Facilidade de uso
A fotogrametria oferece uma experiência de usuário mais simplificada. Desde que você tenha o sensor certo e siga os passos adequados na preparação e coleta dos dados, softwares como Agisoft, Pix4D ou DroneDeploy processarão os dados para você e fornecerão entregáveis utilizáveis. Por outro lado, o LiDAR é mais complexo e exige mais expertise para lidar com ele.
Entregáveis
Os entregáveis que você obtém também podem ajudar a determinar qual técnica usar. Com a fotogrametria, você pode obter ortomosaicos claros e modelos 3D, tornando-a ideal para apresentar características externas, como edifícios ou áreas atingidas por desastres. O LiDAR gera nuvens de pontos densas que mostram os objetos sendo capturados. Embora você possa colorizá-los para melhor compreensão, o resultado pode ter uma resolução menor do que o da fotogrametria. No entanto, essas nuvens de pontos são bastante boas para retratar o terreno ou mostrar a superfície real do objeto.
Velocidade de Processamento
O processamento de dados de fotogrametria às vezes leva muito tempo, especialmente ao processar em um PC de mesa. O processamento de 100 acres (40,5 ha) com um PC de 8 GB de RAM e 1 TB de ROM leva uma semana para ser concluído. O mesmo processamento com 64 GB de RAM levou apenas algumas horas. Você precisa de alto poder de processamento para obter os resultados em algumas horas. Por outro lado, o LiDAR é mais rápido, pois você pode obter a nuvem de pontos 3D assim que o drone pousa para projetos pequenos, embora projetos grandes possam consumir algum tempo para processar.
Custo
Embora tenha sido possível criar cargas úteis menores para uso em drones, esses sistemas ainda são bastante caros. Se você está procurando uma maneira mais barata de coletar dados, a fotogrametria é relativamente mais barata que o LiDAR. Desde que o drone que você possui tenha uma câmera, é possível usá-lo para fotogrametria. No entanto, o trabalho profissional exige sensores de alta qualidade que não são baratos, mas ainda assim mais acessíveis do que o LiDAR.
Aplicações
Com base em como funcionam e em suas forças e fraquezas, abaixo estão as melhores aplicações para cada um;
– Fotogrametria – A fotogrametria funciona melhor para criar ortomosaicos 2D, DEMs e modelos 3D de áreas com pouca ou nenhuma vegetação ou qualquer coisa que possa bloquear a câmera. Esta técnica será perfeita se você deseja visualizar um projeto arquitetônico ou monitorar a mudança da vegetação.
– LiDAR – Devido à sua capacidade de penetrar na vegetação, o LiDAR funciona melhor para manejo florestal, mapeamento de vegetação, mapeamento de terreno, mapeamento de infraestrutura e inspeção de ativos como estradas, torres de celular e corredores de utilidades.
Avanços Tecnológicos
Desde que o homem conseguiu voar com aviões, várias indústrias têm pensado em como os sistemas de aeronaves poderiam ajudá-las. Uma dessas indústrias é a de levantamento topográfico.
Avançando para a introdução dos drones, os engenheiros conseguiram tornar as cargas úteis de fotogrametria e LiDAR pequenas o suficiente para caber em drones. A tecnologia que antes era usada apenas no setor militar agora está disponível para usuários empresariais e consumidores. Avanços tecnológicos adicionais, como IA e 5G, estão tornando possível automatizar o fluxo de trabalho de mapeamento e processamento, minimizando o tempo e aumentando a precisão.
Através do aprendizado de máquina, é possível treinar um modelo para detectar certos objetos em um mapa ou em um feed ao vivo, como edifícios, pessoas ou animais. Isso funciona bem para vigilância, agricultura de precisão, monitoramento, detecção de mudanças em formas de relevo ou criação de uma apresentação digitalizada mais compreensível dos dados gerados a partir do processo de mapeamento aéreo.
Serviços como One3D.ai permitem coletar e carregar imagens para a nuvem para processamento em tempo real, o que é ainda mais eficiente com 5G. Além da coleta de dados, o LiDAR também é usado em sistemas UAS para detectar e evitar obstáculos, e funciona melhor do que os sistemas baseados em infravermelho.
Considerações Finais
E aí está. Tanto a fotogrametria quanto o LiDAR têm suas vantagens e desvantagens. Sua escolha deve depender do projeto, da área que você irá mapear, dos seus entregáveis desejados e do seu orçamento. Se possível, você pode combiná-los, pois ambos fornecem insights únicos.
